(57)【要約】【課題】  レンズ収差等による画像の歪みが装置毎に異なっていても、画像の歪みを精度良く補正することができる撮像装置の提供。【解決手段】  補正前表示画像３３５の辺上の点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置をレンズ収差データで補正して点Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’へと移動し、２点Ｐ１’，Ｐ２’を通る直線Ｌ１を求める。次に、点Ｐ３’の像高ｙ３’と、点Ｐ３および点Ｐ３’を通る直線と直線Ｌ１との交点Ｐ３”の像高ｙ３”とから、補正係数＝ｙ３”／ｙ３’を求める。点Ｐ３と同一像高方向の点については、像高に補正係数＝ｙ３”／ｙ３’を乗算して移動補正する。このような補正処理を、補正前表示画像３３５の他の３辺に関して同様に行うことにより、矩形状の補正後表示画像４０を得ることができる。【選択図】        図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像対象からの光を結像光学系で結像して、前記撮像対象の像を２次元撮像素子により撮像する撮像装置において、
所定の基準矩形枠を前記２次元撮像素子で撮像して得られる矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する補正データ演算手段と、
前記２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを前記画像補正データに基づき補正する補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記２次元撮像素子は複数色の各々に対応して色画像データを出力し、
前記補正データ演算手段は、前記各色画像データ毎に前記基準矩形枠の画像が同一矩形状に表示されるように前記補正データを演算することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の撮像装置において、
前記補正手段は、補正後の画像が所定の画素数の画像となるように前記２次元撮像素子から出力される撮像データを補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記撮像対象である原稿を照明する照明手段と、
前記基準矩形枠として設けられ、前記照明手段で照明された前記原稿の透過光の一部を通過させるアパーチャとを備え、
前記アパーチャを通過した光を前記結像光学系で結像して前記２次元撮像素子により撮像することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
結像光学系により所定の基準矩形枠の像を形成する工程と、
前記基準矩形枠の像を２次元撮像素子で撮像して矩形枠画像を取得する工程と、
取得された前記矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する工程と、
前記２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを前記画像補正データに基づき補正する工程とを備えたことを特徴とする画像補正方法。
【請求項６】
結像光学系により所定の基準矩形枠の像を形成する処理と、
前記基準矩形枠の像を２次元撮像素子で撮像して矩形枠画像を取得する処理と、
取得された前記矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する処理と、
前記２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを前記画像補正データに基づき補正する処理とをコンピュータ装置に実行させる画像処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルスチルカメラやフィルムスキャナ等の撮像装置、その撮像装置における画像補正方法および画像処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を読み取る装置としては、フィルムスキャナやコピー機等がある。例えば、フィルムスキャナでは、ストリップフィルムをストリップ給送装置や専用ホルダに装填して画像読み取りを行い、原稿を透過した光をレンズによりＣＣＤ撮像素子等の撮像面に結像して撮像を行う。
【０００３】
ところで、これらの画像読み取り装置では、原稿とレンズおよびＣＣＤ撮像素子との間隔が狭く、レンズの収差が発生しやすいという問題があった。このような収差による撮像画像の歪みを補正する方法としては、レンズのひずみ特性を予め調べて、その収差補正データをメモリしておき、得られた撮像画像データをその収差補正データに基づいて一律に補正を行う方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−８８７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したように収差補正データに基づいて一律に補正を行う従来の方法では、レンズ収差の機台毎に異なる場合や、組み立て時の機械的な精度ばらつきが生じた場合には、上述したような一律な補正では十分に補正できないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、撮像対象からの光を結像光学系で結像して、撮像対象の像を２次元撮像素子により撮像する撮像装置に適用され、所定の基準矩形枠を２次元撮像素子で撮像して得られる矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する補正データ演算手段と、２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを画像補正データに基づき補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、２次元撮像素子は複数色の各々に対応して色画像データを出力し、補正データ演算手段が、各色画像データ毎に基準矩形枠の画像が同一矩形状に表示されるように補正データを演算するものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の撮像装置において、補正手段が、補正後の画像が所定の画素数の画像となるように２次元撮像素子から出力される撮像データを補正するものである。
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置において、撮像対象である原稿を照明する照明手段と、基準矩形枠として設けられ、照明手段で照明された原稿の透過光の一部を通過させるアパーチャとを備え、アパーチャを通過した光を結像光学系で結像して２次元撮像素子により撮像することを特徴とする撮像装置。
請求項５の発明による画像補正方法は、結像光学系により所定の基準矩形枠の像を形成する工程と、基準矩形枠の像を２次元撮像素子で撮像して矩形枠画像を取得する工程と、取得された矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する工程と、２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを画像補正データに基づき補正する工程とを備えたことを特徴とする。
請求項６の発明による画像処理プログラムは、結像光学系により所定の基準矩形枠の像を形成する処理と、基準矩形枠の像を２次元撮像素子で撮像して矩形枠画像を取得する処理と、取得された矩形枠画像が矩形状に表示されるような画像補正データを演算する処理と、２次元撮像素子で撮像された撮像画像の歪みを画像補正データに基づき補正する処理とをコンピュータ装置に実行させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、撮像した画像に基づいて補正を行っているので、レンズ収差等による画像の歪みが装置毎に異なっていても、画像の歪みを精度良く補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１，２は本発明による撮像装置の一実施形態を示したものであり、図１はフィルムスキャナの概略構成を示すブロック図、図２はその要部斜視図である。フィルムスキャナ１は、写真フィルムの画像をデジタルデータに変換するものであり、原稿フィルムＦＩを給送するための給送機構１０が固定的あるいは着脱可能に設けられている。本実施の形態では、原稿フィルムＦＩは所定コマ数を有するスリーブ状のフィルムである。スリーブ状フィルムとは、カートリッジやパトローネ等の容器に収められていないフィルム単体の状態を指し、以下では単にフィルムＦＩと呼ぶことにする。
【０００９】
給送機構１０は、給送モータ１１により駆動される駆動ローラ１２と、駆動ローラ１２との間でフィルムＦＩを挟み込む押圧ローラ１３とを有し、押圧ローラ１３は押圧ばね１４の付勢力によってフィルムＦＩを駆動ローラ１２に押圧する。本実施形態では、各一対の駆動／押圧ローラ１２，１３が給送方向に沿って２箇所設けられている。
【００１０】
フィルムＦＩに形成された画像コマの画像を読み取る際には、画像読み取り用アパーチャ部材１７のアパーチャ１７ａ（図２参照）に対向する位置に画像コマが位置するようにフィルムＦＩを給送して位置決めする。給送モータ１１には、一定速度での給送が可能なステッピングモータが用いられる。また、ＤＣモータを用いるような場合には、駆動ローラ１２の回転数を検知するなどして給送が一定速度で行われるように制御すれば良い。フィルムＦＩの移動量は、フィルムＦＩのパーフォレーションＰＦ（図２参照）をフォトインタラプタ等のフォトセンサ（不図示）により検出することにより行われる。
【００１１】
フィルムスキャナ１の撮像系３０は、ＬＥＤ等の照明光源３１と、２次元撮像素子であるＣＣＤ撮像素子３３と、そのＣＣＤ撮像素子３３にフィルムＦＩの画像コマを透過した光を結像するレンズ３２とが一体化されたものである。照明光源３１はＣＰＵ２１からの指示により照明駆動回路２３を介して点灯され、その照明光はフィルムＦＩを透過する。フィルムＦＩの透過光の内、アパーチャ１７ａで規定される領域のみの光がアパーチャ１７ａを通過し、アパーチャ１７ａを通過した光は、レンズ３２によりＣＣＤ撮像素子３３の撮像面に結像される。
【００１２】
ＣＣＤ撮像素子３３の光電変換出力は、アナログ画像信号として画像処理回路２４に入力され、ここで増幅，相関二重サンプリング，シェーディング補正，暗電流補正等の処理が施される。処理後の画像信号はＡ／Ｄ変換器（不図示）でデジタル信号に変換され、メモリ２５に格納される。撮像系３０の焦点調節はＡＦカム２７により行われる。ＡＦカム２７は、ＡＦモータ駆動回路２６によりＡＦモータ２８を制御することにより駆動される。
【００１３】
本実施の形態のフィルムスキャナ１は外部インターフェース２９を有し、ホストコンピュータ２にケーブル接続可能とされる。ホストコンピュータ２は、演算処理装置、ハードディスク等の記憶装置、キーボードやマウス等の入力装置およびＣＲＴや液晶ディスプレイ等の表示装置を有する。ホストコンピュータ２には専用のドライバソフトウェアが組み込まれ、画像読み取りを始めとしたフィルムスキャナ１の種々の機能がドライバソフトウェアにてサポートされる。ユーザは、ホストコンピュータ２にてドライバソフトウェアを立ち上げ、不図示の入力装置を用いて画像読み取り指示や原稿排出指示などを行う。
【００１４】
《補正処理の説明》
図３および図４は、ＣＣＤ撮像素子３３によって撮像される読み取り範囲とその画像表示とを示す図である。すなわち、図２および図５に示すようにＣＣＤ撮像素子３３の矩形状有効画素領域３３０をレンズ３２により被写体面（フィルム面）上に投影したものが、読み取り範囲３３１に対応している。図３は、（ａ）に示すようにレンズ３２の収差により読み取り範囲３３１が糸巻型となる場合を示したものである。なお、以下に述べる補正処理は、フィルムスキャナ１のＣＰＵ２１により実行される。
【００１５】
レンズ３２が収差のない理想的なレンズの場合、被写体面上に投影された有効画素領域３３０の像の像高ｙ（図５参照）は、レンズ３２の第２主点と被写体面との距離をＬ、半画角をθとすると次式（１）で表される。
ｙ＝Ｌtanθ      …（１）
図６は半画角θと像高ｙとの関係をグラフ化したものであり、レンズ収差が無い場合を二点差線で示した。一方、レンズ収差により糸巻型の歪みが生じた場合、図３（ａ）からも分かるように、等しい半画角θに対して収差が無い場合に比べて像高ｙが大きくなる。
【００１６】
ＣＣＤ撮像素子３３の出力信号に基づく画像データに歪み補正を行わずにそのまま画像表示すると、糸巻き形状の読み取り範囲３３１の画像が、図３（ｂ）の符号３３２で示すような矩形状の画像として表示される。一方、矩形状のアパーチャ１７ａの画像は、符号３３３で示すように樽型形状に画像表示される。
【００１７】
図４の場合には、図３の場合とレンズ収差特性が異なっていて、図４（ａ）に示すように読み取り範囲３３１が樽型形状となっている。この場合の半画角θと像高ｙとの関係は、図７に示すように、樽型の歪みが生じた場合の読み取り範囲の像高ｙは収差が無い場合の像高ｙ’よりも小さくなる。その結果、画像表示は図４（ｂ）に示すようになり、樽型形状の読み取り範囲３３１が矩形状の表示画像３３２として表示されると、アパーチャ１７ａの表示画像３３５は糸巻き形状となる。
【００１８】
このようにレンズ収差がある場合には、図３（ｂ）や図４（ｂ）に示すように表示画像に糸巻型歪みや樽型歪みが発生する。次に、表示画像の歪み補正処理について説明する。以下では、表示画像に糸巻型の歪みが生じる場合の補正について図８を用いて説明する。図４（ａ），（ｂ）に示したようなレンズ収差がある場合には、歪み補正を行わないと樽型形状の読み取り範囲３３１の表示画像３３２は矩形状となり、矩形状のアパーチャ１７ａは表示画像３３５のように糸巻型に歪んで表示される。
【００１９】
図８は補正前後の表示画像を示したものであり、補正前表示画像３３５は図４（ｂ）に示したものと同一表示画像であり、補正後表示画像４０は矩形状に表示される。まず、第一段階の補正として、予めメモリ２５に記憶されているレンズ収差データに基づく補正処理を行う。このレンズ収差データは機台によらず一律に設定されたものであって、厳密には機台毎のレンズ収差との間にずれがある場合、このレンズ収差データだけでは正確に歪みを補正することができない。また、レンズ収差以外の部分に起因する歪みにも対応することができない。
【００２０】
第１の補正では、レンズ収差データと補正前表示画像３３５の辺上の２点Ｐ１，Ｐ２のデータとを用いて、補正前表示画像３３５の辺を規定する直線を求める。なお、２点Ｐ１，Ｐ２のデータとは、表示位置点Ｐ１，Ｐ２に対応する画素の画像データのことである。このような直線を求めるのは、以下のような理由からである。例えば、補正前表示画像３３５の上辺は下に凸の曲線となっている。記憶されているレンズ収差データが対象となっているフィルムスキャナ１のレンズ収差に正確に対応していれば、上辺上の全ての点をレンズ収差データによる補正を行えば直線になるはずである。
【００２１】
しかし、レンズ収差がずれていたり、レンズ収差以外に起因してゆがみが生じている場合には、必ずしも直線になるとは限らない。そこで、辺上の２点Ｐ１，Ｐ２を利用して、辺を規定する直線Ｌ１を設定する。点Ｐ１，Ｐ２の位置をレンズ収差データで補正すると、それぞれ点Ｐ１’，Ｐ２’となる。そして、２点Ｐ１’，Ｐ２’を通る直線Ｌ１を求める。
【００２２】
さらに、辺上の２点Ｐ１，Ｐ２以外の点についても、レンズ収差データを用いて補正する。この補正により、例えば、点Ｐ３は点Ｐ３’へと補正される。図８では、補正後の点Ｐ’は直線Ｌ１よりも下側の点となっており、レンズ収差データに基づく点のズレとは異なるズレ傾向にあることが分かる。そこで、第２の補正では、点Ｐ３および点Ｐ３’を通る直線と直線Ｌ１との交点をＰ３”とし、点Ｐ３’を点Ｐ３”へ移動させる補正を考える。これは、半画角θを変えずに像高をｙ３’からｙ３”へと変換することであり、像高ｙ３’に補正係数＝ｙ３”／ｙ３’を乗算すれば良い。この補正は、辺上の点Ｐ１，Ｐ２以外の点Ｐ３の全てに関して行われる。
【００２３】
このようにして、補正前表示画像３３５の上辺上の点は、矩形状の補正後表示画像４０の上辺上に移動する。さらに、点Ｐ３と像高方向が同じ点についても、すなわち点Ｐ３を除く線分ＯＰ３上の点についても、補正係数＝ｙ３”／ｙ３’を用いて同様の補正を行う。また、補正前表示画像３３５の他の３辺に関しても同様の補正処理を行うことにより、歪みの少ない補正後表示画像４０を得ることができる。
【００２４】
このように、本実施の形態では、撮像により得られた画像を用いて歪み補正を行うようにしているので、機台毎のレンズ収差の違いがあった場合や、レンズ収差以外の機械的誤差等に起因す画像歪みがあった場合でも、高精度に表示画像の歪みを補正することができる。さらに、画像歪みの原因が経時的に変化するような場合でも、表示画像に基づいて補正を行っているので、そのような変化に対応した精度良い補正を行うことができる。このような補正は、例えば、装置電源の投入時の初期設定の際に行っても良いし、所定経過時間毎に行っても良いし、ユーザの指示により行うようにしても良い。
【００２５】
得られた補正係数はメモリ２５に記憶され、ＣＣＤ撮像素子３３により得られた画像データに対して、レンズ収差補正と補正係数による補正とを段階的に行っても良いし、レンズ収差補正と補正係数による補正と合成した補正を行うようにしても良い。なお、補正には、画像の境界を規定するアパーチャ枠の画像さえあれば良いので、原稿等を用いて撮像をする必要ない。さらに、補正量にかかわらず補正後の出力画素数を常に統一することにより、レンズ３２の倍率誤差や機械のセッティングによらず一定の画素数の画像を得ることが出来る。
【００２６】
また、カラー読み取りを行う場合、すなわち、カラーのＣＣＤ撮像素子を用いたり、モノクロのＣＣＤ撮像素子においてＲＧＢ照明を順に照射して撮像を行う場合には、上述したような補正をＲＧＢ各色についてそれぞれ行う。例えば、Ｒ、Ｇ、Ｂの順に補正を行う場合、Ｒ色については上述した補正処理と同一手順で補正を行う。次に、Ｇ色，Ｂ色について補正を行う場合、各辺を規定する直線を求めたならば、その直線がＲ色の対応する直線と一致するように補正を行う。さらに、補正量にかかわらず、補正後のアパーチャ枠画像の画素数を各色同一数に統一して出力する。
【００２７】
このように、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色の各辺に関して共通の規定直線を用いることにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色の表示画像が正確に一致するようになり、色ズレを防止することができる。特に、レンズ収差は色によって異なるが、本実施の形態ではレンズ３２の倍率色収差補正も自動的に行うことができる。また、補正後の出力画素数が常に統一され、レンズ３２の倍率誤差や機械のセッティングによらず安定した画素数の画像を得ることが出来る。
【００２８】
なお、上述した実施の形態では、フィルムスキャナを例に説明をしたが、フィルムスキャナに限らず、２次元撮像素子を用いて撮像を行う装置であれば、フィルムスキャナやコピー機のような画像読み取り装置に限らず、例えば、デジタルスチルカメラなどにも適用することが出来る。デジタルスチルカメラの場合、アパーチャ１７ａに相当するものとして、例えば矩形状の被写体を撮像し、その矩形状輪郭を抽出して用いれば良い。カメラの場合、上述した距離ＬはＡＦ時の測距情報により得られる。
【００２９】
また、カラーＣＣＤの場合にＲ，Ｇ，Ｂ信号を例に説明したが、例えば、補色フィルタを用いるカラーＣＣＤを用いた場合には、ＲＧＢ信号に代えてＭｇ（マゼンタ）信号、Ｃｙ（シアン）信号、Ｙｅ（イエロー）信号をカラー信号として用いる。
【００３０】
さらに、本実施の形態では、フィルムスキャナ１のＣＰＵ２１により上述した補正処理を行うようにしたが、ホストコンピュータ２に補正処理のプログラムをインストールしておき、ホストコンピュータ２において一連の補正処理を行うようにしても良い。なお、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。
【００３１】
以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、フィルムＦＩは撮像対象を、レンズ３２は結像光学系を、ＣＣＤ撮像素子３３は２次元撮像素子を、アパーチャ１７ａは基準矩形枠を、ＣＰＵ２１は補正データ演算手段および補正手段を、照明光源３１は照明手段をそれぞれ構成する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による撮像装置の一実施の形態を示したものであり、フィルムスキャナの概略構成を示すブロック図である。
【図２】フィルムスキャナの要部斜視図である。
【図３】読み取り範囲が糸巻型となる場合を説明する図であり、（ａ）は読み取り範囲を示す図であり、（ｂ）は表示画像を示す図である。
【図４】読み取り範囲が樽型となる場合を説明する図であり、（ａ）は読み取り範囲を示す図であり、（ｂ）は表示画像を示す図である。
【図５】被写体面の像高ｙと半画角θを説明する図である。
【図６】糸巻型歪みが生じた場合の、像高ｙと半画角θとの関係を示す図である。
【図７】樽型歪みが生じた場合の、像高ｙと半画角θとの関係を示す図である。
【図８】歪み補正を説明する図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  フィルムスキャナ
２  ホストコンピュータ
１０  給送機構
１７  アパーチャ部材
１７ａ  アパーチャ
２５  メモリ
３０  撮像系
３１  照明光源
３２  レンズ
３３  ＣＣＤ撮像素子
４０  補正後表示画像
３３０  有効画素領域
３３１  読み取り範囲
３３５  補正後表示画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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